На сегодняшний день учёным известно около 74 000 метеоритов, которые попали на Землю с астероидов и других планет. Из них только 385 прилетели с Марса. Определить марсианское происхождение метеоритов не так уж и сложно. Это стало возможным благодаря исследованиям поверхности Марса, проведённых различными посадочными модулями и марсоходами на протяжении десятилетий.
Некоторые из первых миссий, такие как посадочные модули Viking, были оснащены оборудованием для измерения состава атмосферы планеты. Было обнаружено, что уникальный состав марсианской атмосферы отражён в некоторых из этих метеоритов.
Марс имеет уникальный состав атмосферы, который отличается от земного. На Земле воздух состоит из определённого сочетания трёх изотопов кислорода: кислорода-16, кислорода-17 и кислорода-18. На Марсе же совершенно другой состав — это своеобразный «отпечаток Марса».
Марсианские метеориты, найденные на Земле, дают геологам ценные подсказки о составе планеты и её вулканической активности. Они позволяют изучать Марс, не отправляя космический аппарат на расстояние в 251 миллионов километров. Эти марсианские метеориты образовались из некогда раскалённой магмы внутри Марса. После того, как эти вулканические породы остыли и кристаллизовались, радиоактивные элементы внутри них начали распадаться, действуя как радиометрические часы, которые позволяют учёным определить, когда они образовались.
Из этих радиометрических измерений стало известно, что некоторые марсианские метеориты имеют возраст всего 175 миллионов лет, что — геологически говоря — значит, что они довольно молоды. Другие марсианские метеориты старше и образовались близко ко времени образования самого Марса. Марсианские метеориты рассказывают историю планеты, которая была вулканически активной на протяжении всей своей истории. Фактически, марсианские вулканы могут извергаться и сегодня, хотя учёные пока что не видели такого извержения.
Сами породы также сохраняют информацию, которая указывает на то, что некоторые из основных событий на Марсе произошли в начале его истории. Марс образовался довольно быстро, 4,5 миллиарда лет назад, из газа и пыли, которые составляли раннюю Солнечную систему. Затем, вскоре после образования, его внутренняя часть разделилась на металлическое ядро и твёрдую каменистую мантию и кору.
Понимание того, как Марс пережил столь раннюю и бурную «юность», но все ещё может оставаться потенциально вулканически активным и сегодня, является областью, которая очень интересует учёных. Они хотят узнать, как выглядит внутренняя часть Марса, и как его внутреннее строение может объяснить такие особенности, как вулканы, на поверхности красной планеты.
Когда геологи берутся за поиск ответов на вопросы о вулканизме на Земле, они обычно изучают образцы лавы, извергавшиеся в разных локациях или в разное время одним и тем же вулканом. Эти образцы позволяют отделить локальные процессы, характерные для каждого вулкана, от планетарных процессов, происходящих в более крупных масштабах.
Оказывается, что можно сделать то же самое для Марса. Довольно экзотически названные метеориты нахлит (Nakhlite) и шассиньит (chassignite) представляют собой группу пород с Марса, которые изверглись из одной и той же вулканической системы около 1,3 миллиарда лет назад.
Нахлиты — это базальтовые породы, похожие на лавы, которые можно найти в Исландии или на Гавайях, с красивыми крупными кристаллами минерала, известного как клинопироксен. Шассиньиты — это породы, состоящие почти полностью из зелёного минерала оливина. Наряду с гораздо более распространёнными шерготтитами, которые также являются базальтовыми породами, и несколькими другими более экзотическими типами марсианских метеоритов, эти категории метеоритов составляют все породы с Красной планеты, которыми располагают исследователи.
При совместном изучении нахлиты и шассиньиты рассказывают исследователям несколько вещей о Марсе. Во-первых, когда расплавленная порода, которая их образовала, просочилась на поверхность и в конечном итоге остыла и кристаллизовалась, некоторые окружающие более старые породы расплавились в них. Эта более старая порода не существует в коллекции метеоритов, поэтому команде пришлось вычленять её состав из химической информации, которую они получили из нахлитов. Из этой информации учёные узнали, что более старая порода была базальтовой по составу и химически отличалась от других марсианских метеоритов. Также они обнаружили, что порода была выветрена и подверглась воздействию воды. Эта старая порода сильно отличается от образцов марсианской коры в сегодняшней коллекции метеоритов. Она гораздо больше похожа на то, как ожидается, будет выглядеть марсианская кора, основываясь на данных, собранных роверами и спутниками, вращающимися вокруг Марса.
Известно, что магмы, из которых образовались нахлиты и шассиньиты, происходят из определённой части мантии Марса. Мантия — это каменистая часть между корой Марса и металлическим ядром. Эти нахлиты и шассиньиты происходят из твёрдой жесткой оболочки в верхней части мантии Марса, известной как мантийная литосфера, и этот источник отличает их от более распространённых шерготтитов. Шерготтиты происходят из по крайней мере двух источников на Марсе. Они могут происходить из частей мантии, расположенных прямо под литосферой, или даже из глубокой мантии, которая находится ближе к металлическому ядру планеты.
Понимание активности вулканов на Марсе может дать информацию для будущих исследовательских вопросов, которые будут решаться миссиями на планету. Это также может помочь учёным понять была ли планета когда-либо пригодна для жизни или может ли она стать таковой в будущем.
Активные геологические процессы и вулканы Земли являются частью того, что делает нашу планету пригодной для жизни. Газы, выделяемые вулканами, являются основной частью нашей атмосферы. Так что если на Марсе происходят похожие геологические процессы, то это может быть хорошей новостью для потенциальной пригодности для жизни. Однако Марс намного меньше Земли, и исследования показывают, что с момента своего формирования он теряет химические элементы, необходимые для устойчивой атмосферы. В будущем он, скорее всего, не будет похож на Землю.
Следующие шаги в понимании Марса заключаются в изучении того, как образовались базальтовые шерготтитовые метеориты. Это разнообразный и очень сложный набор пород, возраст которых варьируется от 175 миллионов лет до 2,4 миллиарда лет. Более детальное изучение этих метеоритов поможет подготовить следующее поколение учёных к анализу пород, собранных с помощью марсохода Perseverance для предстоящей миссии NASA по возвращению образцов с Марса.